search
main
Топ 10
Частичная мобилизация студентов: кому положена отсрочка, кого могут призвать Под Уфой мобилизовали единственного в школе учителя биологии Депутат Госдумы обратилась к министру обороны с просьбой об отсрочке от мобилизации учителей Военные кафедры, получение диплома до 2012 года: Минобрнауки ответило на вопросы студентов по частичной мобилизации В Тюмени названы 15 лауреатов конкурса «Учитель года России» - 2022 В Башкирии мобилизовали лауреата конкурса «Лучший учитель родного языка и родной литературы - 2022» Планируемые изменения в КИМ ЕГЭ 2023 года по биологии есть, но бояться их не нужно Каким должен быть педагог XXI века: профессии учителя посвятят следующее занятие «Разговоры о важном» Названы имена пятерых призеров конкурса «Воспитатель года России – 2022» Студентов частных вузов с госаккредитацией освободят от частичной мобилизации На конкурсе «Учитель года России – 2022» названы победители в специальных номинациях В Тюмени объявили имена пяти призеров конкурса «Учитель года России» - 2022 «Учитель года России – 2022»: 1 октября станут известны имена пяти призеров конкурса С 1 октября в России стартует Большая учительская неделя Обновлено содержание ФГОС: Минпросвещения рассказало об основных изменениях Погибшую в ижевской школе учительницу наградили знаком «Отличник просвещения» России Конкурсанты соревнования «Учитель года России – 2022» готовятся к объявлению 15 лауреатов конкурса В Новосибирских школах больше не будут работать охранники без специальной подготовки В России отмечается День воспитателя и всех работников дошкольного образования Ко Дню учителя более 45 тысяч педагогов Самарской области получат выплаты
0

Наношарики для компьютеров будущего предложил физик из МГУ

Российский физик предложил использовать диэлектрические наношарики в качестве элементов оптических систем различного назначения, в частности, компьютеров будущего. В соответствии с теорией Михаила Трибельского (профессора физического факультета МГУ и Московского государственного университета информационных технологий, радиотехники и электроники МИРЭА) диэлектрические шарики можно использовать для управления распространением света.

Современные компьютеры используют для работы движения электронов, но эта технология уже близка к пределам возможностей. Она ограничена физическими факторами, препятствующими уменьшению размеров и частоты. Даже такие прекрасные проводники, как медь или платина, перестают проводить электрический ток на частотах видимого света (порядка 1014 Гц). В настоящее время быстродействие процессоров уже близко к своему максимуму, и повышение быстродействия компьютеров обеспечивается распараллеливанием вычислений. Появились двухъядерные, а потом четырехъядерные бытовые компьютеры. Следует ожидать дальнейшего увеличения ядер, однако этот процесс не может продолжаться бесконечно.

Физики из Франции и Испании провели успешную экспериментальную проверку этих возможностей, отчет о которой опубликован в журнале Scientific Reports.

Современные компьютеры используют для работы движения электронов, но эта технология уже близка к пределам возможностей. Она ограничена физическими факторами, препятствующими уменьшению размеров и частоты. Даже такие прекрасные проводники, как медь или платина, перестают проводить электрический ток на частотах видимого света (порядка 1014 Гц). В настоящее время быстродействие процессоров уже близко к своему максимуму, и повышение быстродействия компьютеров обеспечивается распараллеливанием вычислений. Появились двухъядерные, а потом четырехъядерные бытовые компьютеры. Следует ожидать дальнейшего увеличения ядер, однако этот процесс не может продолжаться бесконечно.

В поисках решения проблемы физики обращаются к так называемым оптическим компьютерам, использующим вместо электронов фотоны. Поэтому множество исследовательских групп по всему миру работают сейчас над созданием сверхбыстрых оптических систем, которые смогли бы заменить электронные схемы. Они необходимы также для развития оптической связи.

Такие системы должны иметь как можно меньшие размеры. Но в традиционной оптике линз и зеркал размер системы не может быть меньше длины волны, которая в видимой области составляет порядка 0,5 микрона. Для современных электронных устройств со сверхплотной упаковкой элементов это очень большой масштаб. Чтобы эффективно конкурировать с такими электронными схемами, соответствующие оптические схемы должны быть работоспособными на масштабах много меньших длины волны. Эти задачи решает новая современная дисциплина, получившая название субволновой оптики. Задача субволновой оптики – манипулировать излучением на масштабах, меньших длины волны, что в традиционной оптике считается принципиально невозможным.

Первоначально много надежд возлагалось на взаимодействии света с плазмонами, колебаниями электронного газа свободных электронов в металлах. У металлических шариков размером порядка 10 нанометров плазмонные резонансные частоты находятся как раз в оптическом диапазоне. Это позволяет, облучая частицы, преобразовывать свет в плазмоны. Но оказалось, что на этих частотах плазмоны, как правило, сильно затухают. Поэтому в последние годы исследователи переключились на диэлектрики с большим коэффициентом преломления. Свободных электронов там нет, все они связаны со своими атомами, поэтому под воздействием света не могут возникать токи проводимости. Однако электромагнитная волна действует на электроны внутри каждого атома, смещая их из положения равновесия. Такое явление называется поляризацией. Чем больше степень поляризации, тем выше показатель преломления у вещества. Оказалось, что взаимодействие со светом шарика, изготовленного из такого диэлектрика, во многом похоже на плазмонный резонанс в металлах, но в отличие от металлов многие диэлектрики на оптических частотах имеют малое затухание. Именно поэтому, например, прозрачны стекла.Впервые о некоторых особенностях взаимного превращения плазмонов и фотонов задумался Михаил Трибельский. В далеком 1984 году он опубликовал об этом статью, в которой предположил существование нового вида рассеяния света. Но тогда это никого не заинтересовало, ведь нанотехнологий еще и в помине не было. Первая ссылка на эту работу появилась лишь через двадцать лет, в 2004 году. Сегодня же открытое им рассеяние широко признано и носит название \”аномального\”. В соответствии с теорией Трибельского диэлектрический шарик имеет резонансные частоты колебаний поляризации. Каждая частота соответствует возбуждению определенного типа колебаний, называемых гармониками. Каждая гармоника имеет фиксированную зависимость интенсивности рассеянного излучения от угла, под которым происходит рассеяние. Гармоники интерферируют друг с другом. Возбуждая определенные гармоники, можно управлять этой интерференцией. А это, в свою очередь, позволяет перераспределять падающее излучение в желаемом направлении. Этот эффект и может быть использован в системах оптического компьютера. В экспериментах с диэлектрическим шариком диаметром в два сантиметра, изготовленным из специальной керамики, ученые \”научили\” его переизлучать направленное на него электромагнитное излучение в другом направлении, причем это направление можно существенно изменять незначительным изменением частоты излучения. Вы можете сказать, что 2 см – это не наномасштаб! Но тут на помощь исследователям пришел эффект масштабирования. Явления рассеяния будут одинаковы для тел с одной формой и коэффициентом преломления, но разного размера, если для каждого из них отношение линейных размеров к длине волны излучения одно и то же. Благодаря этому, явления, происходящие на наномасштабах в оптическом диапазоне, удалось смоделировать в сантиметровом диапазоне при помощи микроволнового излучения, такого же, как в обычной микроволновке. Однако, это не означает, что эксперимент был прост. Достаточно сказать, что исследователям удалось выделить полезный сигнал на фоне паразитного, амплитуда которого была в 3000 раз (!) больше полезного. Оптические компьютеры – это пока лишь отдаленная перспектива, но уже сейчас оптические системы на основе диэлектрических шариков могут найти применение в телекоммуникационных системах; системах записи, обработки и хранения информации; в системах диагностики и лечения различных заболеваний, включая онкологические, и пр. Важно, что технология изготовления таких наношариков для их работы в оптическом и ближнем инфракрасном диапазонах относительно проста и не требует дорогостоящих материалов.По информации журнала \”Наука и жизнь\”Фото источника

Оценить:
Читайте также
Комментарии

Новости от партнёров
Реклама на сайте